CN104269846B - 电网故障分区方法 - Google Patents

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Abstract

一种电网故障分区方法，该方法包括步骤：A、建立电网内线路的脆弱性指标，形成电网的脆弱线路集合；B、当电网内发生故障时，判断故障是否发生在脆弱线路集合中，若是则运行步骤C，否则结束；C、以故障线路节点或与之相连的脆弱线路的节点为起点，判断与其连接的线路的脆弱性指标，如脆弱性指标小于预定阈值，则将所述线路归入边界线路，否则所述线路的另一个节点归入故障区域，继续判断与其连接的线路的脆弱性指标，直至找到边界线路。D、将电网划分为故障区域或非故障区域。通过采用本发明的电网故障分区方法，能够在发生故障时，将故障线路隔离在一个小的区域内，使故障不会大范围的传播，防止大停电事故的发生。

Description

电网故障分区方法
技术领域
本发明涉及电力系统设备领域，特别涉及一种电网故障分区方法。
背景技术
目前随着电网规模的日益扩大，一旦出现电网故障给人们带来的损失也越来越大。2003年，美国、加拿大、英国、俄罗斯等国就相继发生了大面积停电事故，其中8月14日发生在美国和加拿大的大停电事故受影响的地区大约2.4万平方公里(合9300平方英里)，受影响的人口多达5千万，仅纽约地区就停电29个小时，该段时间内纽约失负荷总数为1.79亿千瓦时，其经济损失高达300亿美元。2008年初，持续冰冻雨雪天气袭击了我国南方地区，造成了南方电网大面积停电，其中，10kV杆塔倒塌7541座，35kV变电站停电859座，负荷损失达62.09亿千瓦时，受影响的人口多达2.6亿，经济损失高达62.3亿人民币。因此电网大停电事故所造成的后果，不仅会造成严重的经济损失，还会严重影响到社会秩序和人民生活。
近几年来，国家电网正处于“大电网、大机组、高电压、高自动化”的高速发展阶段，所面临的安全风险与挑战正日益严峻。面对风险与挑战，古道有云：“未雨绸缪”、“防患于未然”。因此，如何及时发现电网潜在故障或事故风险及其影响，将电网故障或事故消解于“未然”，具有十分重要的理论价值与实践意义。
为此提出了电网故障分区控制策略，电网故障分区控制策略就是为了防止电网事故或故障的发生而“防患于未然”的一种分区控制策略，即当电网某个局部发生预想故障时，通过预想断开若干不会引起其他输电线路故障的线路，即形成故障区域最小分区控制断面割集，从而将故障隔离在一个很小的区域内，以便于采取相应的分区控制策略，降低或避免发生连锁反应造成损失严重的大停电事故。目前，如何进行电网故障时进行分区的技术很少，基本是以人工分区或者按照管辖范围划分为主，这样的分区不能考虑电网本身的技术性能参数，具有盲目性。
另一方面，从电网事故主因来看，电网故障多可以追溯到电网中某些环节存在薄弱的因素，即电网中存在脆弱单元。目前，电网脆弱性研究致力于找出电网中存在的脆弱单元，主要分为结构性脆弱和状态性脆弱两类。其中，结构性脆弱是指网络中某一单元或某一些单元退出或相继退出运行后，网络保持其拓扑结构完整并正常运行的能力，它反映了电网内在本质的特征；状态性脆弱是指电网受到扰动或者故障之后，状态变量发生变化以及向临界值逼近，反映了电网从稳定运行状态过渡到临界失稳状态的过程，反映了系统承受干扰的能力。可见，电网结构脆弱性研究仅与电网本身的拓扑结构有关，无法反应电网时刻变化的状态；而状态脆弱性研究虽然考虑了电网时刻变化的状态，但忽略了影响电网可靠性的关键因素—电网结构。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于，基于电网结构、运行状态等的多种脆弱性指标，使得电网在预想故障情况下确定最小故障割集，形成最小控制分区，降低或避免电网大停电事故的发生，提高电网的安全运行水平与可靠性。
为了实现上述目的，本发明提出了一种电网故障分区方法，该方法具有步骤：A、建立电网内线路的脆弱性指标，形成电网的脆弱线路集合；B、当电网内发生故障时，判断故障是否发生在脆弱线路集合中，若是则运行步骤C，否则结束；C、以故障线路节点或与之相连的脆弱线路的节点为起点，判断与所述节点连接的线路的脆弱性指标，如脆弱性指标小于预定阈值，则将所述连接的线路归入边界线路，否则所述连接的线路的另一个节点归入故障区域，继续判断与所述另一个节点连接的线路的脆弱性指标，直至找到边界线路；D、将电网划分为故障区域或非故障区域。
其中所述电网内线路的脆弱性指标包括结构性脆弱指标和状态性脆弱指标，所述与所述节点连接的线路的脆弱性指标为既考虑结构性脆弱指标又考虑状态性脆弱指标的指标。
以上形成电网的脆弱线路集合的步骤包括：
建立电网内线路的脆弱性指标，分析按照脆弱性指标由大到小的顺序攻击电网内线路时，电网连通水平小于预定水平时受攻击的线路条数，计此时有a条线路，并将所述a条线路归入脆弱线路集合。
其中所述预定水平根据电网重要等级确定：当电网的安全等级高时所述预定水平高；当电网的安全等级低时所述预定水平低，取值范围为40％～80％。
本发明电网故障分区方法所述分析获得a条线路之后，进一步包括：对电网按照脆弱性指标由大到小的顺序攻击后续电网线路，攻击条数为a条，次数为电网总线路除以a后的整数值，或者依照随机方式攻击a条线路，得出电网受攻击后的电网连通水平散点图，根据所述脆弱性指标下电网连通水平散点图的变化，判断所述脆弱性指标是否符合导致大停电事故发生的机理，如果符合则将权利要求3中所分析获得的a条线路归入脆弱线路集合，否则重新确定电网内线路的脆弱性指标。
另外，所述步骤C包括：C0、判断所述脆弱线路集合中的线路是否相连，若脆弱线路之间有非脆弱线路的连接线路，则判断断开所述连接线路是否引起连锁故障，若不引起连锁故障，则将所述连接线路断开，并将所述连接线路归入步骤C中所述的边界线路。
另一方面，所述预定阈值为：按照脆弱性指标由小到大的顺序依次攻击电网线路，当攻击后电网连通水平小于σ时，最后被攻击的线路的脆弱性指标；其中，σ取值范围为95％～100％。
本发明电网故障分区方法，其中所述步骤C0之后，进一步包括网络拓扑预处理步骤：C1、将只与另外一个节点连接的节点与所述另外一个节点合并，简化电网结构。
另外，所述步骤C之后，进一步包括：D0、判断所述边界线路的故障区域外节点在边界集合中出现的次数与该节点的节点度数之间的大小关系，若相等，则说明该节点为孤立节点，将其归入的故障区域，并将该线路从边界线路集合中剔除形成新的边界线路集合；D1、将所述边界线路的故障区域外节点放入非故障区域，并以此节点为起点搜索与该节点相连的所有节点，将其归入该节点所在的非故障区域，并以新放入的节点为起点继续搜索与其相连的节点，直到没有相连的节点为止，则该非故障区域形成；D2、继续对剩余节点和线路执行步骤D1，直至电网所有故障区域外节点均被归入一个或多个非故障区域。
其中如果某非故障区域仅包括纯负荷区域或者纯发电区域，则将该非故障区域和与之相连的故障区域或非故障区域合并。
本发明电网故障分区方法，其中步骤D之后进一步包括：E、确定各分区内的功率差额，如果某分区功率差额不能满足所述分区功率平衡需求，则调整所述分区与相邻分区，将相邻分区的负荷或发电机归入所述分区，直至满足所述分区功率平衡需求。
通过采用本发明的电网故障分区方法，能够在发生故障时，将故障线路隔离在一个小的区域内，使故障不会大范围的传播，防止大停电事故的发生。
另一方面，本发明的电网故障分区方法中使用了网络拓扑预处理方法，该方法利用复杂网络理论中节点度数指标，能够将电网模型进一步简化，减少电网的规模，其目的是尽量减少后续线路搜索的时间，提高了分区效率。
另外，本发明的电网故障分区方法中还兼顾了处理孤立节点和处理纯发电机区域或纯负荷区域的方法，该方法判断该分非故障区域是否仅包括孤立节点、纯发电区域或者纯负荷区域，能够将形成的孤立节点、纯负荷区域和纯发电机区域剔除，避免了错误分区结果的出现。
附图说明
图1是本发明实施方式电网故障分区方法的流程示意图。
图2是本发明实施方式确定脆弱线路集合的方法的流程示意图。
图3是本发明实施方式使用网络拓扑预处理的流程示意图。
图4是本发明实施方式初步确定故障区域节点及其边界线路的流程示意图。
图5是本发明实施方式处理孤立节点区域的流程示意图。
图6是本发明实施方式处理纯发电区域、纯负荷区域的流程示意图。
图7是本发明实施方式进行分区调整的流程示意图。
图8是本发明实施方式一个应用系统的结构图。
图9是本发明实施方式一个应用系统出现故障后的分区结构图。
图10是本发明实施方式一个应用系统出现另一故障后的分区结构图。
图11是本发明实施方式一个应用系统出现又一故障后的分区结构图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明。
以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。
然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。
为了更好理解本发明，特将说明书及附图中的相关符号进行说明如下：
L—线路负载率；
Jline—每条线路的线路介数；
Jm—所有线路介数中最大的线路介数；
pline—线路有功功率；
pm—对应线路的线路有功功率极限；
Nn—故障区域节点集合；
Nw—非故障区域节点元胞数组；
n—电网中节点总数；
m—电网中输电线路总条数；
t—电网中运行的线路条数；
a—电网中被攻击的线路条数；
Con—电网的连通水平；
K—节点度数集合；
k—每个节点的节点度数；
b—遍历攻击电网m条线路需要循环的次数；
w—线路脆弱性指标；
Nl—中间节点集合；
Nl2—临时中间节点集合；
W—电网网络拓扑邻接矩阵
C—边界线路集合
图1是本发明实施方式电网故障分区方法的流程示意图。
如图1所示，本发明电网故障分区方法基本包括：
(1)建立电网脆弱性指标；
(2)形成电网的脆弱线路集合；
(3)判断电网中发生故障的线路是否在脆弱线路集合中，如果发生故障的线路不在脆弱线路集合中，则无需分区，否则执行后续步骤；
(4)判断所述脆弱线路集合中的线路是否紧密相连，若脆弱线路之间有非脆弱线路的连接线路，则判断断开所述连接线路是否引起连锁故障，若不引起连锁故障，则将所述连接线路断开；
(5)网络拓扑预处理，将只与另外一个节点连接的节点与所述另外一个节点合并，简化电网结构；
(6)故障区内节点集合的初步形成；
(7)形成非故障区域节点集合；
(8)计算各个分区的功率差额并进行分区调整。
本领域内技术人员应当知道，以上8个步骤并非全部均是实现本发明的必须步骤，而是根据实际需要可以进行调整有关步骤的存在与否。
以下分别详细说明以上步骤。
步骤(1)中，建立电网的脆弱性指标。一般说来，电网的脆弱性指标包括结构脆弱性指标和状态脆弱性指标两大类，也可以综合考虑两方面得到线路的脆弱性指标。具体情况如下：
1)结构脆弱性指标。Jline是指网络中节点对之间的最短路径经过目标线路的次数。显然，Jline大表示该线路在网络结构中的地位重要，因此，可以用Jline表示该条线路在网络结构中的重要程度。应用在电网中，可以用Jline作为电网线路结构脆弱性的度量参数，形成脆弱线路集合。
2)状态脆弱性指标。当电网中某条线路发生故障时，可能会导致其他非故障线路潮流越限，引起非故障线路跳闸，进而可能导致系统发生连锁性故障。因此，可以引入状态脆弱性指标L表示该线路当前的运行状态，其中，L为pline与pm的比值，即L＝pline/pm。不同的L对应线路不同的运行状态，包括停运、轻载、正常、重载和满载状态，比如L＝0和L＝1表示该线路处于停运和满载状态。因此，可以用L表示电网线路状态脆弱性的度量参数，形成脆弱线路集合。
3)脆弱性指标。将两类参数归一化处理：Jline与Jm做比值，pline与pm做比值，将两个数值的数值范围限制在[0，1]，可以构建线路脆弱性指标w。因此，可以用w表示电网线路脆弱性的度量参数，形成脆弱线路集合。
需要说明的是，本发明实施例中尽管列举了结构脆弱性指标和状态脆弱性指标两类脆弱性指标，但这并不意味本发明仅限于此，随着实际电网复杂性的增加，本领域技术人员可以将其他脆弱性相关参数纳入本发明实施例，因此其他的可能指标当然也属于本发明的保护范围。
在步骤(2)中，形成脆弱线路集合的方法的流程示意图如图2所示。
所述形成电网的脆弱线路集合的步骤包括：
确定电网内线路的脆弱性指标，按照脆弱性指标由大到小的顺序攻击电网内线路，确定电网连通水平Con小于预定水平时受攻击的线路，例如此时有a条线路。所述预定水平根据电网重要等级确定：当电网的安全等级高时，所述预定水平高；当电网的安全等级低时所述预定水平低，取值范围为40％～80％。以上所述电网连通水平Con指的是指攻击后仍保持连通的线路数量t和电网总线路数量m之比，即Con＝t/m所述预定水平根据电网实际状况选取。另外计算m/a的比值，向下取整记作b。
然后，选择对电网的攻击方式，若是蓄意攻击方式，以b为循环次数，以a为每次循环时被攻击线路的条数，并记录每次循环过程中Con的变化情况；如果是随机攻击方式，则形成a条线路的随机攻击线路集合，并记录攻击过程中Con的变化情况；最后，得出电网受攻击后的电网连通水平散点图，根据该线路脆弱性指标下电网的连通水平散点图的变化，判断该线路脆弱性指标是否符合导致大停电事故发生的机理，即电网中只有少数线路发生故障会导致大停电事故的发生，如果满足则选择在脆弱线路排序中前a条线路形成脆弱线路集合，如果不满足，则说明选择的脆弱性指标不合适，需要重新计算线路脆弱性指标。
在步骤(3)中，判断电网中发生故障的线路是否在脆弱线路集合中，如果发生故障的线路不在脆弱线路集合中，则无需分区，否则执行后续步骤。该步骤的目的是判断发生故障的电网是否需要分区处理。当电网发生故障时，首先判断发生故障的线路是否在脆弱线路集合中。若发生故障的线路不在脆弱线路集合中，不需进行故障分区处理；若发生故障的线路在脆弱线路集合中，则需进行故障分区处理。
在步骤(4)中，判断所述脆弱线路集合中的脆弱线路是否紧密相连，若脆弱线路之间有非脆弱线路的连接线路，则判断断开所述连接线路是否会引起连锁故障，若不引起连锁故障，则将所述连接线路断开。该步骤的目的是尽可能地缩小故障分区的范围：若所有脆弱线路连接紧密，故障分区范围大，线路故障波及的范围很大，造成的后果仍然很严重。而如果并非紧密相连，则可以考虑将脆弱线路之间的连接线路分开。
以上步骤的具体方法：当脆弱线路紧密相连时，只能将所有脆弱线路集合中的线路放在一个故障分区内；而当脆弱线路不紧密相连时，分析如果开断连接脆弱线路的线路是否会引起连锁故障，若不引起其他线路连锁故障，则将该线路断开，作为边界线路集合C的一条边界线路，否则不断开该条线路，该线路节点归入故障区域的节点集合Nn中。
在步骤(5)中，本发明具体实施方式中网络拓扑预处理的流程图如图3所示。该网络拓扑预处理的目的是尽量减少后续线路搜索的规模和时间，提高分区效率。该方法中用到了节点度数k，是指网络中与某一节点相连的节点数目。若k＝1则表示该节点只与一个节点相连，若断开对应线路则会形成孤立节点，因此，针对此类节点可以简化电网。其具体方法：首先，分析电网网络拓扑中各个节点的节点度数k形成K；然后，按照K中k的大小对节点进行排序并统计k＝1的节点个数，如存在k＝1的节点，将该节点与相应的节点合并，将对应的线路从线路集合中除去，为后续步骤中线路搜索节约时间；最后，对合并后的新网络重新计算节点度数k，直到网络中不存在节点度数为1的节点。
在步骤(6)中，本发明实施方式初步确定故障区域节点集合及其边界线路集合的流程如图4所示。
该流程的基本思路是:以故障线路节点或与之相连的脆弱线路的节点为起点，判断与其连接的线路的脆弱性指标，如脆弱性指标小于预定阈值，则将所述线路归入边界线路，表示该线路可以在分区时断开；否则所述线路的另一个节点归入故障区域，继续判断与其连接的线路的脆弱性指标，直至找到边界线路。
在步骤(4)中，已经分析过将脆弱线路之间的连接线路断开的方法，如果将所述连接线路断开，则以故障线路节点为搜索的起点，如果没有断开，则以故障线路节点或与之相连的脆弱线路的节点为搜索的起点，判断与之相连的线路的脆弱性指标是否小于预定阈值。
流程的起始步骤中包括对所述预定阈值的确定方法。具体方式是：按照脆弱性指标由小到大的顺序依次攻击电网线路，当攻击后电网连通水平小于σ时，最后被攻击的线路的脆弱性指标的值。其中，σ取值范围为95％～100％。本领域技术人员可以根据实际情况调整σ，并没有脱离本发明之精神。
利用遍历搜索的方法，对电网进行自动分区预处理，最终形成初始故障区域节点集合Nn和初始边界线路集合。例如分区前故障区域节点集合Nn有l个父节点，对任意一个父节点搜索完毕，再对下一个父节点搜索；Nl中有b个子节点，首先对该集合中的任意子节点搜索其下级子节点，放入Nl2中，然后用Nl2中的节点更新Nl中的节点集合并将Nl2清零，当Nl为空集合时，该搜索过程结束。
尽管以上具体实施方式中确定了搜索方式，但是本领域内技术人员应当理解，这只是加快搜索速度的方式而已，本发明当然并不限于此，而是可以使用各种搜索方式，只要结果搜索到了所有的边界线路，将所有的故障区域内节点找出即可。
以上描述中，搜索指的是对某节点所连接的非脆弱线路的脆弱性指标进行判断，如果所述非脆弱线路的脆弱性指标小于预定阈值，说明该线路可以断开(形成边界线路)；否则该线路不能断开，所述线路连接的节点需要归入故障区域节点集合Nn。
因此，任何一路搜索的终点即是找到边界线路，当找到所有的边界线路之后，所述故障区域就能从电网中被隔离出来。
步骤(7)中为了进一步改善本发明之技术效果，还可以对故障区域外的非故障区域进行进一步划分。其方法与步骤(6)中形成故障区域类似，区别在于将所述步骤(6)中形成的边界线路的故障区域外节点放入非故障区域，并以此节点为起点搜索与该节点相连的所有节点，将其归入该节点所在的非故障区域，并以新放入的节点为起点继续搜索与其相连的节点，直到没有相连的节点为止，则该非故障区域形成。
确定了一个非故障区域之后，如果系统还有剩余节点和线路，则继续对剩余节点和线路次重复执行以上步骤，直至所有电网所有故障区域外节点均被归入一个或多个非故障区域。
通过以上的方法，将电网划分为故障区域和非故障区域，划分过程中，可能会产生孤立节点和纯负荷区域或纯发电区域。
所述孤立节点指的是划分后某个非故障区域仅包括一个节点，为了避免产生孤立节点，在非故障区域的搜索过程中可以事先予以修正：对边界线路集合中的区外节点，统计其在边界中出现的次数：若出现次数等于该节点的度数，则说明该节点将会形成孤立节点，这时可以将该节点放入区内节点集合，并将相应线路从边界集合中剔除，这样做即实现了将该非故障区域和与之相连的故障区域或非故障区域合并。其流程图如图5所示。
另外，为了避免出现纯负荷区域和纯发电区域，也需要对划分过程进行修正。纯负荷区即该区域内的节点全为负荷节点；纯发电区即区域内的节点全部由发电机节点组成。判断是否为纯负荷区域或者纯发电区域，即判断该区域的节点是否全在发电机节点集合中或者全不在发电机节点集合中，满足条件则归入区内节点，并将相应的边界线路从集合中剔除，这样做即实现了则将纯负荷区域和纯发电区域和与之相连的故障区域或非故障区域合并。其流程图如图6所示。
接下来进入步骤(8)：计算各个分区的功率差额并进行分区调整。本发明实施方式进行分区调整的流程示意图如图7所示。其中所述分区调整指的是确定各分区内的功率差额，如果某分区功率差额不能满足所述分区功率平衡需求，则调整所述分区与相邻分区，将相邻分区的负荷或发电机归入所述分区，直至满足功率平衡需求。
分区调整的目的是保证分区后各个分区内部功率平衡，在处理故障的过程中，各个无故障分区仍能正常运行。分区调整是在原来边界线路的基础上继续下级线路的搜索，当搜索到下一组边界线路时，计算各分区内部的功率差额，直到功率平衡满足要求为止。电网故障分区应用在防止大停电事故发生的情况下，只要分区内功率基本满足平衡的要求，一般不继续下组边界线路的搜索，以避免错失最小故障隔离分区。
另一方面，如果经过搜索后仍然无法找到合适的负荷或发电机，可以采取甩负荷的方式处理，将分区内的非重要节点的负荷断开，满足重要节点的功率需求。
以上通过流程的方式介绍了本发明具体实施方式。以下通过电网具体示例来进一步说明实施方式和取得的技术效果。本领域内技术人员通过流程和具体示例能够对本发明的技术方案进行深入了解。
图8是本发明实施方式一个应用系统的结构图。所述应用系统是IEEE118系统。因为该系统比较复杂，不易将发电机及负荷全部画出，因此仅以节点表示，其中白色方框表示有出力的发电机节点，黑色节点为负荷节点。该系统共含有118个节点，186条线路，其中有发电出力的发电机组19台，发电总输出功率为4377.4Mw，总负荷为4242Mw。
以下首先仅使用线路的状态脆弱性为例说明。
用L表示电网线路状态脆弱性指标，利用本发明实施方式中的方法得出该电网系统中的脆弱线路集合为[9，10；8，9；8，5；23，32；5，6；38，37；30，17]，即线路为L9～10、L8～9、L8～5、L23～32、L5～6、L38～37和L30～17。
示例一：线路L8～5发生故障(以状态脆弱性指标考虑)。
当线路L8～5发生故障，脆弱线路集合中线路L9～10、L8～9、L8～5、L5～6紧密相连，与线路L30～17通过线路L8～30相连，断开线路L8～30对系统分析，结果显示L8～30的断开不会引起其他线路发生连锁故障，因此要断开线路L8～30。利用本发明实施方式中的方法对系统进行网络拓扑预处理、故障区域节点集合Nn的初步形成、形成非故障区域节点集合以及计算各分区内的功率差额以及分区调整等一系列处理，得出分区结构图如图9所示。
其中，分区边界线路集合为[8，30；7，12；3，12；11，12；1，2；13，15]，各分区内的功率差额如下表所示：
线路L8～5故障分区后各分区功率差额
在图9中，故障线路被隔离在分区1中，在没有计及系统中网损的情况下，由上表可以看出非故障区域——分区2的发电总量为3927.4Mw，负荷总量为3910Mw，功率不平衡量仅为17.4Mw，计算其功率不平衡率为0.4％，基本处于功率平衡状态，可以独立运行，不需要进一步的分区调整。而且分区边界线路集合中只有6条线路，故障分区后的系统恢复比较容易。
示例二：线路L34～43发生故障(以状态脆弱性指标考虑)。
线路L34～43不在脆弱线路中，当线路L34～43发生故障时，系统没有发生分区现象，因此输出结果仍为系统原图。
接下来考虑线路的脆弱性指标，如本发明具体实施方式所述，线路的脆弱性指标包含结构性脆弱指标和状态性脆弱指标。本示例中特别地，结构性脆弱指标和状态性脆弱指标的权重都是0.5。由于脆弱性指标发生了改变，电网系统的脆弱线路集合也相应地改变为[38，65；30，38；8，5；65，68；8，9；9，10]，即脆弱线路为L38～65、L30～38、L8～5、L65～68、L8～9和L9～10。
示例三：线路L8～5发生故障(以线路的脆弱性指标考虑)。
当线路L8～5发生故障时，L38～65、L65～68与L30～38相连接，L8～5、L8～9和L9～10相连，两组线路中间靠线路L8～30连接，断开线路L8～30对系统仿真，结果显示L8～30的断开不会引起其他线路发生连锁故障，因此可以断开线路L8～30。根据本发明实施方式对系统进行网络拓扑预处理、故障区域节点集合Nn的初步形成、形成非故障区域节点集合以及计算各分区内的功率差额分析以及分区调整等一系列处理，得出分区结构图如图10所示。
图10中的分区边界线路集合为[8，30；12，14；12，16；13，15]，各分区内的功率差额如下表所示：
线路L8～5故障自动分区后各分区功率差额
在图10中，故障线路被隔离在分区1中，在没有计及系统中网损的情况下，由上表可以看出非故障区域——分区2的发电总量为3842.4Mw，负荷总量为3823Mw，功率不平衡量仅为19.4Mw，计算其功率不平衡率为0.44％，基本处于功率平衡状态，可以独立运行，不需要进一步的分区调整。而且分区边界线路集合中只有4条线路，故障分区后的系统恢复相对于示例一更加容易。
示例四：线路L30～38发生故障(以线路的脆弱性指标考虑)。
当线路L30～38发生故障，线路L8～30连接L38～65、L65～68、L30～38和L8～5、L8～9、L9～10两组线路，断开线路L8～30对系统分析，断开L8～30仍不会引起其它线路发生连锁故障，因此要断开线路L8～30。用本发明实施方式中的方法对系统进行网络拓扑预处理、故障区域节点集合Nn的初步形成、形成非故障区域节点集合以及计算各分区内的功率差额以及分区调整等一系列处理，得出分区结构图如图11所示。
图11中，分区边界线路集合为[30，8；17，16；15，13；15，14；77，82；80，96；80，99；97，96；98，100]，各分区内的功率差额如下表所示。
线路L30～38故障系统自动分区后各分区功率差额
在图11中，故障线路被隔离在分区2中，分区1和3为非故障区域。由上表可以看出各分区内的发电和负荷情况得出各分区的功率不平衡量分别为1.76％、1、49％和-0.16％，各个分区内基本处于平衡状态，不需要进一步的分区调整。但是，分区3的发电量不足，可以断开些小负荷以满足负荷需求，则三个分区在故障处理期间可以独立运行。三个分区间的分区边界线路集合共有9条线路，对于186条线路的IEEE118系统，边界线路只占4.84％，故障分区后的恢复比较容易。
通过以上示例说明，采用本发明实施方式中按照脆弱性指标将电网区分后，能够在发生故障时，将故障线路隔离在一个小的区域内，这样故障就不会大范围的传播，防止了大停电事故的发生。而且相对于仅使用结构脆弱性指标，相同的故障情况下分区更为合理，边界线路更少，如果故障结束后也更加容易恢复。
需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解为对本发明保护范围的限制，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电网故障分区方法，所述方法包括以下步骤：
A、建立电网内线路的脆弱性指标，形成电网的脆弱线路集合；
B、当电网内发生故障时，判断故障是否发生在脆弱线路集合中，若是则运行步骤C，否则结束；
C、以故障线路节点或与之相连的脆弱线路的节点为起点，判断与所述节点连接的线路的脆弱性指标，如脆弱性指标小于预定阈值，则将所述连接的线路归入边界线路，否则所述连接的线路的另一个节点归入故障区域，继续判断与所述另一个节点连接的线路的脆弱性指标，直至找到边界线路；
D、将电网划分为故障区域或非故障区域；
所述电网内线路的脆弱性指标包括结构性脆弱指标和状态性脆弱指标，所述与所述节点连接的线路的脆弱性指标为既考虑结构性脆弱指标又考虑状态性脆弱指标的指标；
所述形成电网的脆弱线路集合的步骤包括：
建立电网内线路的脆弱性指标，分析按照脆弱性指标由大到小的顺序攻击电网内线路时，电网连通水平小于预定水平时受攻击的线路条数，计此时有a条线路，并将所述a条线路归入脆弱线路集合；
所述预定水平根据电网重要等级确定：当电网的安全等级高时所述预定水平高；当电网的安全等级低时所述预定水平低，取值范围为40％～80％；
所述分析获得a条线路之后，进一步包括：对电网按照脆弱性指标由大到小的顺序攻击后续电网线路，攻击条数为a条，次数为电网总线路除以a后的整数值，或者依照随机方式攻击a条线路，得出电网受攻击后的电网连通水平散点图，根据所述脆弱性指标下电网连通水平散点图的变化，判断所述脆弱性指标是否符合导致大停电事故发生的机理，如果符合则将所分析获得的a条线路归入脆弱线路集合，否则重新确定电网内线路的脆弱性指标。
2.权利要求1中所述的电网故障分区方法，所述步骤C具体还包括：
C0、判断所述脆弱线路集合中的线路是否相连，若脆弱线路之间有非脆弱线路的连接线路，则判断断开所述连接线路是否引起连锁故障，若不引起连锁故障，则将所述连接线路断开，并将所述连接线路归入步骤C中所述的边界线路；
C1、将只与另外一个节点连接的节点与所述另外一个节点合并，简化电网结构。
3.权利要求1中所述的电网故障分区方法，其中所述预定阈值为：按照脆弱性指标由小到大的顺序依次攻击电网线路，当攻击后电网连通水平小于σ时，最后被攻击的线路的脆弱性指标；其中，σ取值范围为95％～100％。
4.权利要求1中所述的电网故障分区方法，所述将电网划分为故障区域或非故障区域包括：
D0、判断所述边界线路的故障区域外节点在边界集合中出现的次数与该节点的节点度数之间的大小关系，若相等，则说明该节点为孤立节点，将其归入的故障区域，并将该线路从边界线路集合中剔除形成新的边界线路集合；
D1、将所述边界线路的故障区域外节点放入非故障区域，并以此节点为起点搜索与该节点相连的所有节点，将其归入该节点所在的非故障区域，并以新放入的节点为起点继续搜索与其相连的节点，直到没有相连的节点为止，则该非故障区域形成；
D2、继续对剩余节点和线路执行步骤D1，直至电网所有故障区域外节点均被归入一个或多个非故障区域。
5.权利要求4中所述的电网故障分区方法，其中如果某非故障区域仅包括纯负荷区域或者纯发电区域，则将该非故障区域和与之相连的故障区域或非故障区域合并。
6.权利要求1中所述的电网故障分区方法，其中步骤D之后进一步包括：
E、确定各分区内的功率差额，如果某分区功率差额不能满足所述分区功率平衡需求，则调整所述分区与相邻分区，将相邻分区的负荷或发电机归入所述分区，直至满足所述分区功率平衡需求。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107516911A (zh) * 2017-10-11 2017-12-26 中国南方电网有限责任公司 交直流混联电网连锁故障脆弱源的辨识方法
CN108521124B (zh) * 2018-04-26 2020-03-17 福建积微科技有限公司 一种可视化的配电网故障区段划分方法
CN109066650B (zh) * 2018-07-16 2021-05-04 国网河北省电力有限公司经济技术研究院 电力系统脆弱性评估方法及终端设备
CN114325224B (zh) * 2021-12-14 2023-09-22 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种基于配网实时数据的故障区间定位的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103093097A (zh) * 2013-01-15 2013-05-08 天津大学 基于规范切的电力系统脆弱断面识别方法
CN103761682A (zh) * 2014-01-17 2014-04-30 华北电力大学（保定） 一种电力系统相量测量单元的配置方法
CN104156769A (zh) * 2013-05-31 2014-11-19 贵州电网公司电力调度控制中心 电力系统脆弱性评估方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102298671B (zh) * 2011-06-29 2015-05-13 河北省电力公司电力科学研究院 一种实现电网故障重演的仿真方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103093097A (zh) * 2013-01-15 2013-05-08 天津大学 基于规范切的电力系统脆弱断面识别方法
CN104156769A (zh) * 2013-05-31 2014-11-19 贵州电网公司电力调度控制中心 电力系统脆弱性评估方法
CN103761682A (zh) * 2014-01-17 2014-04-30 华北电力大学（保定） 一种电力系统相量测量单元的配置方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于广域状态信息和模糊C均值聚类的电网故障区域判别;吴浩 等;《电力自动化设备》;20130731;第33卷(第7期);第39至45页 *

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